基于SystemView的數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計畢業(yè)論文

1、目錄引言 2第1章 課程設(shè)計目的和要求及原理 2 1.1 本課程設(shè)計的目的 2 1.2課程設(shè)計的任務(wù)及要求 2 1.3課程設(shè)計的原理 3第2章systemview軟件基本介紹 3第3章 二進制振幅鍵控（2ask） 5 3.1 2ask的調(diào)制與解調(diào)原理 5 3.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 6第4章 二進制頻移鍵控（2fsk） 11 4.1 2fsk的調(diào)制與解調(diào)原理 11 4.2仿真模型及結(jié)果波形圖 12第5章 二進制相移鍵控（2psk） 16 5.1 2psk的調(diào)制與解調(diào)原理 16 5.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 17第6章 二進制差分相移鍵控（2dpsk）21 6.1 2dpsk的調(diào)制與解調(diào)原理

2、21 6.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 23第7章 多進制振幅鍵控（4ask） 27 7.1 4ask的調(diào)制與解調(diào)原理 27 7.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 27總結(jié) 31參考文獻 32引言 通信的根本任務(wù)是遠距離傳輸信息，準確地傳輸數(shù)字通信中的一個重要環(huán)節(jié)。設(shè)計數(shù)字傳輸系統(tǒng)的基本考慮是選擇一組有限的離散波形來表示數(shù)字信息。這些離散波形可以是未經(jīng)調(diào)制的不同電平信號，也可以是調(diào)制后的信號形式。由于未經(jīng)調(diào)制的脈沖電信號所占據(jù)的頻帶通常從直流和低頻開始，因而稱為數(shù)字基帶信號。在某些有線信道中，數(shù)字基帶信號可以直接傳輸，這種傳輸方式稱為數(shù)字信號的基帶傳輸；而在另外一些信道想，數(shù)字基帶信號必須經(jīng)過調(diào)制，將信號

3、頻譜搬移到高頻段才能在信道中傳輸，然后在收端用解調(diào)器把信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號還原成基帶信號，這種傳輸方式稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸（或載波傳輸）?；鶐鬏敯鴶?shù)字通信技術(shù)的許多問題，頻帶傳輸是基帶信號調(diào)制后再傳輸?shù)?，因此頻帶傳輸也存在基帶問題，基帶傳輸?shù)脑S多問題，頻帶傳輸同樣需考慮。如果把調(diào)制與解調(diào)過程看做是廣義信道的一部分，則任何數(shù)字傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)。理論上還可證明，任何一個采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總可以由一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)來代替。下面我們將介紹一些解決數(shù)字通信系統(tǒng)中的實際問題的一些方法。第1章 課程設(shè)計目的和要求及原理1.1 本課程設(shè)計的目的（1）使學生掌握系統(tǒng)各功能模塊

4、的基本工作原理；（2）培養(yǎng)學生掌握電路設(shè)計的基本思路和方法；（3）能提高學生對所學理論知識的理解能力；（4）能提高和挖掘?qū)W生對所學知識的實際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力；（5）提高學生的科技論文寫作能力。1.2 課程設(shè)計的任務(wù)及要求1）基本要求： （1）學習systemview仿真軟件； （2）對需要仿真的通信系統(tǒng)各功能模塊的工作原理進行分析； （3）提出系統(tǒng)的設(shè)計方案，選擇合適的模塊； （4）對所設(shè)計系統(tǒng)進行仿真； （5）并對仿真結(jié)果進行分析。2）創(chuàng)新要求： 在基本要求達到后，可進行創(chuàng)新設(shè)計，完善系統(tǒng)的性能。3）課程設(shè)計論文編寫要求： （1）要按照書稿的規(guī)格打印謄寫課程設(shè)計論文； （2）論文包括目錄、

5、緒論、正文、小結(jié)、參考文獻、謝辭、附錄等； （3）課程設(shè)計論文裝訂按學校統(tǒng)一要求完成。1.3課程設(shè)計的原理 數(shù)字信號的傳輸方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。為了使信號在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，以使信號與信道特性相匹配。在這個過程中就要用到數(shù)字調(diào)制。 在通信系統(tǒng)中，利用數(shù)字信號的離散取值特點通過開關(guān)鍵控載波，來實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法通常稱為鍵控法，主要對載波的振幅，頻率，和相位進行鍵控。鍵控主要分為：振幅鍵控，頻移鍵控，相移鍵控三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。第2章systemview 軟件基本介紹systemview是一個用于現(xiàn)代科學與科學系統(tǒng)設(shè)計及仿真打動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾

6、波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)打設(shè)計與仿真，到一般打系統(tǒng)數(shù)字模型建立等各個領(lǐng)域，systemview在友好而功能齊全打窗口環(huán)境下，為用戶提供啦一個精密的嵌入式分析工具。進入systemview后，屏幕上首先出現(xiàn)該工具的系統(tǒng)視窗，系統(tǒng)視窗最上邊一行為主菜單欄，包括：文件（file）、編輯（edit）、參數(shù)優(yōu)選（preferences）、視窗觀察（view）、便箋（notepads）、連接（connetions）、編譯器（compiler）、系統(tǒng)（system）、圖符塊（tokens）、工具（tools）和幫助（help）共11項功能菜單。如下圖所示。 系統(tǒng)視窗左側(cè)豎排為圖符庫選擇區(qū)。圖符塊（t

7、oken）是構(gòu)造系統(tǒng)的基本單元模塊，相當于系統(tǒng)組成框圖中的一個子框圖，用戶在屏幕上所能看到的僅僅是代表某一數(shù)學模型的圖形標志（圖符塊），圖符塊的傳遞特性由該圖符塊所具有的仿真數(shù)學模型決定。創(chuàng)建一個仿真系統(tǒng)的基本操作是，按照需要調(diào)出相應(yīng)的圖符塊，將圖符塊之間用帶有傳輸方向的連線連接起來。這樣一來，用戶進行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉及語言編程問題，使用十分方便。進入系統(tǒng)后，在圖符庫選擇區(qū)排列著8個圖符選擇按鈕創(chuàng)建系統(tǒng)的首要工作就是按照系統(tǒng)設(shè)計方案從圖符庫中調(diào)用圖符塊，作為仿真系統(tǒng)的基本單元模塊?？捎檬髽俗箧I雙擊圖符庫選擇區(qū)內(nèi)的選擇按鈕。 當需要對系統(tǒng)中各測試點或某一圖符塊輸出進行觀察時，通常應(yīng)

8、放置一個信宿（sink）圖符塊，一般將其設(shè)置為“analysis”屬性。analysis塊相當于示波器或頻譜儀等儀器的作用，它是最常使用的分析型圖符塊之一。 在systemview系統(tǒng)窗中完成系統(tǒng)創(chuàng)建輸入操作（包括調(diào)出圖符塊、設(shè)置參數(shù)、連線等）后，首先應(yīng)對輸入系統(tǒng)的仿真運行參數(shù)進行設(shè)置，因為計算機只能采用數(shù)值計算方式，起始點和終止點究竟為何值？究竟需要計算多少個離散樣值？這些信息必須告知計算機。假如被分析的信號是時間的函數(shù)，則從起始時間到終止時間的樣值數(shù)目就與系統(tǒng)的采樣率或者采樣時間間隔有關(guān)。實際上，各類系統(tǒng)或電路仿真工具幾乎都有這一關(guān)鍵的操作步驟，systemview也不例外。如果這類參數(shù)設(shè)

9、置不合理，仿真運行后的結(jié)果往往不能令人滿意，甚至根本得不到預(yù)期的結(jié)果。有時，在創(chuàng)建仿真系統(tǒng)前就需要設(shè)置系統(tǒng)定時參數(shù)。 時域波形是最為常用的系統(tǒng)仿真分析結(jié)果表達形式。進入分析窗后，單擊“工具欄”內(nèi)的繪制新圖按鈕（按鈕1），可直接順序顯示出放置信宿圖符塊的時域波形，對于碼間干擾和噪聲同時存在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，給出系統(tǒng)傳輸性能的定量分析是非常繁雜的事請，而利用“觀察眼圖”這種實驗手段可以非常方便地估計系統(tǒng)傳輸性能。實際觀察眼圖的具體實驗方法是：用示波器接在系統(tǒng)接收濾波器輸出端，調(diào)整示波器水平掃描周期ts，使掃描周期與碼元周期tc同步（即tsntc，n為正整數(shù)），此時示波器顯示的波形就是眼圖。由于傳輸碼

10、序列的隨機性和示波器熒光屏的余輝作用，使若干個碼元波形相互重疊，波形酷似一個個“眼睛”，故稱為“眼圖”?！把劬Α睊甑迷酱螅砻髋袥Q的誤碼率越低，反之，誤碼率上升。systemview具有“眼圖”這種重要的分析功能。 當需要觀察信號功率譜時，可在分析窗下單擊信宿計算器圖標按鈕，出現(xiàn)“systemview信宿計算器”對話框，單擊分類設(shè)置開關(guān)按鈕spectrum，完成功率譜的觀察。 第3章 二進制振幅鍵控（2ask）3.1 2ask的調(diào)制與解調(diào)原理 3.1.1調(diào)制原理 振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不 變。在二進制振幅鍵控中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)二

11、進制信 息“0”或“1”。一種常用的、也是最簡單的二進制振幅鍵控方式稱為通-斷鍵 控（ook）。 二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：模擬調(diào)制法和鍵控法，相應(yīng)的調(diào) 制器如圖3-1所示。圖（a)就是一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用相乘器實現(xiàn)； 圖（b）是一種數(shù)字鍵控法，其中的開關(guān)電路受s（t）控制。本次課設(shè)用的是 數(shù)字鍵控法。coswct乘法器l e2ask(t)電子開關(guān) s（t） e2ask(t)coswct （a）模擬相乘法 （b）數(shù)字鍵控法 圖3-1 2ask/ook信號調(diào)制器原理框圖 3.1.2 解調(diào)原理 與am信號的解調(diào)方法一樣。2ask/ook信號也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干 解調(diào)

12、（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框圖如 圖3-2所示。與模擬信號的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個“抽樣判決器”方 框，這對提高數(shù)字信號的接收性能是必要的。本次課設(shè)用的是相干解調(diào)。抽樣判決器全波整流器低通濾波器帶通濾波器e2ask(t) a b c d 輸出定時 脈沖（a）非相干解調(diào)方式抽樣判決器全波整流器低通濾波器帶通濾波器e2ask(t) a b c d 輸出 coswct定時 脈沖 （b）相干解調(diào)方式圖3-2 2ask/ook信號的接收系統(tǒng)組成方框圖3.2仿真模型及結(jié)果波形圖 3.2.1 系統(tǒng)的調(diào)制部分 波形圖如下：3.2.2系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)波形圖如下：3.2.3

13、 波形分析 參數(shù)設(shè)置： 1）載波頻率設(shè)置為20hz，調(diào)制信號為10hz； 2）低通濾波器的截至頻率為10hz，如下圖： 波形說明：1） 載波波形： 2）調(diào)制波形：3）已調(diào)波形：4）解調(diào)波形：第4章 二進制頻移鍵控（2fsk）4.1 2fsk的調(diào)制與解調(diào)原理 4.1.1 調(diào)制原理 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2fsk中，載波的頻率隨二 進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為： 2fsk信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)；另一種 可以采用鍵控法實現(xiàn)，即在二進制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關(guān)電路對 兩個不同的獨立頻率源進行選通，使其在每一個碼

14、元ts期間輸出f1或f2兩個 載波之一，如圖4-1所示。本次課設(shè)用的是鍵控法實現(xiàn)。震蕩器1 f1選通開關(guān)相加器選通開關(guān)振蕩器 f2反相器 基帶信號 e2fsk(t)圖4-1 鍵控法產(chǎn)生2fsk信號的原理圖 4.1.2 解調(diào)原理 2fsk信號的常用解調(diào)方法是采用如圖4-2所示的非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相 干解調(diào)。其解調(diào)原理是將2fsk信號分解為上下兩路2ask信號分別進行解調(diào)， 然后進行判決。這里的抽樣判決時直接比較兩路信號抽樣值得大小，可以不專 門設(shè)置門限。判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時若規(guī)定“1”符號對應(yīng)載波 頻率f1，則接收時上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”。本次課 設(shè)

15、采用相干解調(diào)。包絡(luò)檢波器帶通濾波器w1包絡(luò)檢波器帶通濾波器w2 抽樣判決器e2fsk(t) 定時脈沖 輸出 （a）非相干解調(diào) （b）相干解調(diào)4.2仿真模型及結(jié)果波形圖 4.2.1系統(tǒng)的調(diào)制部分 波形圖如下 4.2.2系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)波形圖如下4.2.3 波形分析 參數(shù)設(shè)置： 1）載波頻率設(shè)置為20hz，調(diào)制信號為10hz； 2）低通濾波器的截至頻率為10hz，如下圖： 波形說明：1）載波波形： 2）調(diào)制波形：3）已調(diào)波形：4）解調(diào)波形：第5章 二進制相移鍵控（2psk）5.1 2psk的調(diào)制與解調(diào)原理 5.1.1 調(diào)制原理 相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在

16、2psk中，通常用初始相位0和 分別表示二進制“1”和“0”。因此，2psk信 號的時域表達式為： 2psk信號的調(diào)制原理框圖如圖5-1所示。與2ask信號的產(chǎn)生方法相比較，只是對s(t)的 要求不同，在2ask中s(t)是單極性的，而在2psk中s(t)是雙極性的基帶信號。 圖5-1 2psk信號的調(diào)制原理框圖 5.1.2 解調(diào)原理 2psk信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法：解調(diào)器原理框圖如圖5-2所示。在相干 解調(diào)中，如何得到與接收的2psk信號同頻同相的相干載波是個關(guān)鍵問題。 圖5-2 2psk信號的解調(diào)原理框圖 5.2仿真模型及結(jié)果波形圖 5.2.1系統(tǒng)的調(diào)制部分 波形圖如下 5.2.2系

17、統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)波形圖如下5.2.3 波形分析 參數(shù)設(shè)置： 1）載波頻率設(shè)置為20hz，調(diào)制信號為10hz； 2）低通濾波器的截至頻率為10hz，如下圖： 波形說明：1）載波波形： 2）調(diào)制波形：3）已調(diào)波形：4）解調(diào)波形：第6章 二進制差分相移鍵控（2dpsk）6.1 2dpsk的調(diào)制與解調(diào)原理 6.1.1 調(diào)制原理 2dpsk是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對 相移鍵控。 2dpsk信號的產(chǎn)生方法：先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，即把數(shù)字信 息序列的絕對碼變換成相對碼（差分碼），然后再根據(jù)相對碼進行絕對調(diào)相，從 而產(chǎn)生二進制差分相移鍵控信號。2dpsk信號調(diào)制

18、器原理框圖如圖6-1所示。差分編碼s（t） 相對碼 e2dpsk（t）絕對碼 圖6-1 2dpsk信號的調(diào)制原理框圖 6.1.2 解調(diào)原理 2dpsk信號的解調(diào)方法之一是相干解調(diào)（極性比較法）加碼反變換法。其原理 是：對2dpsk信號進行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對 碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，由于載波相位迷糊性 的影響，使得解調(diào)出的相對碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼（碼 反變換）得到的絕對碼不會發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位迷糊性 帶來的問題。2dpsk的相干解調(diào)器原理框圖如圖6-2所示。低通濾波器相乘器帶通濾波器 e2dpsk(

19、t) a c d b coswct 定時脈沖碼反變換器抽樣判決器e f輸出 圖6-2 2dpsk信號的解調(diào)原理框圖 2dpsk信號的另一種解調(diào)方法是差分相干解調(diào)（相位比較法），其原理框圖如圖6-3所示。 用這種方法解調(diào)時不需要專門的相干載波，只需要由收到的2dpsk信號延時一個碼元間 隔t，然后與2dpsk信號本身相乘。相乘器起著相位比較的作用，相乘結(jié)果反映了前后碼 元的相位差，經(jīng)低通濾波器后再抽樣判決，即可直接恢復(fù)出原始數(shù)字信息，故解調(diào)器中不 需要碼反變換器。本次課設(shè)采用差分相干解調(diào)方法。抽樣判決器低通濾波器帶通濾波器 a c d e相乘器e2dpsk(t) 輸出 b 定時脈沖延遲ts 圖6

20、-3 2dpsk差分相干解調(diào)器原理框圖6.2仿真模型及結(jié)果波形圖 6.2.1系統(tǒng)的調(diào)制部分 波形圖如下 6.2.2系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)波形圖如下6.2.3 波形分析 參數(shù)設(shè)置： 1）載波頻率設(shè)置為100hz，調(diào)制信號為50hz； 2）低通濾波器的截至頻率為50hz，帶通濾波器的頻率為100hz1000hz如下 圖： 波形說明：1）載波波形： 2）調(diào)制波形：3）已調(diào)波形：4）解調(diào)波形：第7章 多進制振幅鍵控（4ask）7.1 4ask的調(diào)制與解調(diào)原理 7.1.1 調(diào)制原理 振幅鍵控是利用載波的幅度變化傳遞數(shù)字信號，而其頻率和初始相位保持不變。在4ask中，載波的幅度只有四種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)四進制信息“0”或“1”或“2”或“3”。4ask信號的一般表達式為： 4ask信號的產(chǎn)生與2ask信號的產(chǎn)生一樣。本次課設(shè)用的 是模擬調(diào)制法。 7.1.2 解調(diào)原理 4ask信號的解調(diào)方法也與2ask信號的解調(diào)放法一